חברת Lumispot Technology Co., Ltd., בהתבסס על שנים של מחקר ופיתוח, פיתחה בהצלחה לייזר פעים קטן וקל משקל עם אנרגיה של 80mJ, תדר חזרות של 20 הרץ ואורך גל בטוח לעין אנושית של 1.57μm. תוצאת מחקר זו הושגה על ידי הגברת יעילות התקשורת של KTP-OPO ואופטימיזציה של הפלט של מודול לייזר דיודה של מקור המשאבה. על פי תוצאות הבדיקה, לייזר זה עומד בדרישות טמפרטורות עבודה רחבות מ-45- מעלות צלזיוס עד 65 מעלות צלזיוס עם ביצועים מצוינים, והגיע לרמה מתקדמת בסין.
מד טווח לייזר פועם הוא מכשיר למדידת מרחק בזכות פעימת לייזר המכוונה למטרה, עם יתרונות של יכולת מדידת טווח מדויקת, יכולת עמידות חזקה בפני הפרעות ומבנה קומפקטי. המוצר נמצא בשימוש נרחב במדידות הנדסיות ובתחומים אחרים. שיטת מדידת טווח לייזר פועם זו נמצאת בשימוש נרחב ביותר ביישומי מדידה למרחקים ארוכים. במד טווח ארוך זה, עדיף לבחור בלייזר מצב מוצק בעל אנרגיה גבוהה וזווית פיזור אלומה קטנה, תוך שימוש בטכנולוגיית מיתוג Q כדי להפיק את פעימות הלייזר בננו-שניות.
המגמות הרלוונטיות של מד טווח לייזר פועם הן כדלקמן:
(1) מד טווח לייזר בטוח לעיניים אנושיות: מתנד פרמטרי אופטי של 1.57 מיקרון מחליף בהדרגה את מיקומו של מד טווח הלייזר המסורתי באורך גל של 1.06 מיקרון ברוב תחומי מדידת הטווח.
(2) מד טווח לייזר מרחוק מיניאטורי, קטן בגודלו וקל משקל.
עם שיפור ביצועי מערכות הגילוי וההדמיה, נדרשים מדי טווח לייזר מרחוק המסוגלים למדוד מטרות קטנות של 0.1 מ"ר על פני 20 ק"מ. לכן, דחוף ללמוד את מד טווח הלייזר בעל הביצועים הגבוהים.
בשנים האחרונות, חברת Lumispot Tech השקיעה מאמץ במחקר, תכנון, ייצור ומכירה של לייזר מצב מוצק בטוח לעיניים באורך גל של 1.57 מיקרון, עם זווית פיזור קרן קטנה וביצועי פעולה גבוהים.
לאחרונה, חברת Lumispot Tech תכננה לייזר מקורר אוויר באורך גל של 1.57 מיקרון, בטוח לעיניים, עם עוצמת שיא גבוהה ומבנה קומפקטי, כתוצאה מהביקוש המעשי במחקר של מד טווח לייזר למרחקים ארוכים וממוזער. לאחר הניסוי, לייזר זה הראה אפשרויות יישום רחבות, בעל ביצועים מצוינים, יכולת הסתגלות סביבתית חזקה בטווח רחב של טמפרטורות עבודה מ-40 עד 65 מעלות צלזיוס.
באמצעות המשוואה הבאה, עם כמות קבועה של ייחוס אחר, על ידי שיפור עוצמת המוצא השיאית והקטנת זווית פיזור הקרן, ניתן לשפר את מרחק המדידה של מד המרחק. כתוצאה מכך, שני גורמים: ערך עוצמת המוצא השיאית וזווית פיזור הקרן הקטנה - לייזר בעל מבנה קומפקטי עם פונקציית קירור אוויר הם החלק המרכזי הקובע את יכולת מדידת המרחק של מד המרחק הספציפי.
החלק המרכזי במימוש לייזר עם אורך גל בטוח לעין האדם הוא טכניקת מתנד פרמטרי אופטי (OPO), הכוללת את האפשרות של גביש לא ליניארי, שיטת התאמת פאזה ותכנון מבנה פנימי של OPO. בחירת הגביש הלא ליניארי תלויה במקדם לא ליניארי גדול, סף עמידות גבוה לנזק, תכונות כימיות ופיזיקליות יציבות וטכניקות צמיחה בשלות וכו', התאמת פאזה צריכה להיות עדיפות. בחר שיטת התאמת פאזה לא קריטית עם זווית קבלה גדולה וזווית יציאה קטנה; מבנה חלל ה-OPO צריך לקחת בחשבון את היעילות ואיכות הקרן על בסיס הבטחת אמינות. עקומת השינוי של אורך גל הפלט של KTP-OPO עם זווית התאמת פאזה, כאשר θ=90°, אור האות יכול להפיק בדיוק את הלייזר הבטוח לעין האדם. לכן, הגביש המתוכנן נחתך לאורך צד אחד, כאשר נעשה שימוש בהתאמת זווית θ=90°, φ=0°, כלומר, שימוש בשיטת התאמת מחלקות, כאשר מקדם הלא ליניארי האפקטיבי של הגביש הוא הגדול ביותר ואין אפקט פיזור.
בהתבסס על שיקול מקיף של הסוגיה הנ"ל, בשילוב עם רמת הפיתוח של טכניקת וציוד הלייזר המקומיים הנוכחיים, פתרון האופטימיזציה הטכני הוא: ה-OPO מאמץ עיצוב KTP-OPO בעל חלל חיצוני כפול, לא קריטי, מסוג Class II; שני ה-KTP-OPOs תקועים אנכית במבנה טנדם כדי לשפר את יעילות ההמרה ואת אמינות הלייזר כפי שמוצג ב-איור 1מֵעַל.
מקור המשאבה הוא מערך לייזר מוליך מקורר מוליך שנערך במחקר ופיתוח עצמי, עם מחזור עבודה של 2% לכל היותר, הספק שיא של 100W למוט בודד והספק עבודה כולל של 12,000W. הפריזמה הזוויתית הישרה, המראה המישורית המחזירה אור והמקטב יוצרים חלל תהודה מצומד לקיטוב מקופל, והפריזמה הזוויתית הישרה ולוח הגל מסובבים כדי להשיג את פלט צימוד הלייזר הרצוי של 1064 ננומטר. שיטת אפנון Q היא אפנון Q אלקטרו-אופטי אקטיבי בלחץ המבוסס על גביש KDP.
איור 1שני גבישי KTP המחוברים בטור
במשוואה זו, Prec הוא כוח העבודה הקטן ביותר הניתן לזיהוי;
Pout הוא ערך התפוקה השיא של כוח העבודה;
D הוא צמצם מערכת האופטיקה הקולטת;
t הוא העברת האור של המערכת האופטית;
θ היא זווית פיזור קרן הפולטת של הלייזר;
r הוא קצב ההחזרה של המטרה;
A הוא שטח החתך המקביל של המטרה;
R הוא טווח המדידה הגדול ביותר;
σ הוא מקדם הבליעה האטמוספרי.
איור 2מודול מערך הבר בצורת קשת באמצעות פיתוח עצמי,
עם מוט גביש YAG באמצע.
האיור 2הוא ערימות מוטות בצורת קשת, הממקמות את מוטות גביש YAG כתווך לייזר בתוך המודול, עם ריכוז של 1%. כדי לפתור את הסתירה בין תנועת הלייזר הצידית לבין ההתפלגות הסימטרית של פלט הלייזר, נעשה שימוש בהתפלגות סימטרית של מערך LD בזווית של 120 מעלות. מקור המשאבה הוא אורך גל של 1064 ננומטר, שני מודולי מוטות מערך מעוקלים של 6000 וואט בטור שאיבה טנדם של מוליכים למחצה. אנרגיית המוצא היא 0-250 מיליג'אול עם רוחב פולס של כ-10 ננו-שניות ותדר גבוה של 20 הרץ. נעשה שימוש בחלל מקופל, ולייזר באורך גל של 1.57 מיקרומטר מופק לאחר גביש לא לינארי טנדם KTP.
גרף 3שרטוט ממדי של לייזר פועם באורך גל של 1.57 מיקרון
גרף 4ציוד דגימה לייזר פעמו באורך גל של 1.57 מיקרון
גרף 5:פלט של 1.57 מיקרומטר
גרף 6:יעילות ההמרה של מקור המשאבה
התאמת מדידת אנרגיית הלייזר למדידת הספק המוצא של שני סוגי אורכי גל בהתאמה. על פי הגרף המוצג להלן, תוצאת ערך האנרגיה הייתה הערך הממוצע בעבודה תחת 20 הרץ עם תקופת עבודה של דקה אחת. ביניהם, האנרגיה הנוצרת על ידי לייזר באורך גל של 1.57 מיקרון משתנה בהתאם ליחס של אנרגיית מקור המשאבה באורך גל של 1064 ננומטר. כאשר אנרגיית מקור המשאבה שווה ל-220 מיליג'אול, אנרגיית המוצא של לייזר באורך גל של 1.57 מיקרון מסוגלת להגיע ל-80 מיליג'אול, עם שיעור המרה של עד 35%. מכיוון שאור אות OPO נוצר תחת פעולת צפיפות הספק מסוימת של אור בתדר בסיסי, ערך הסף שלו גבוה מערך הסף של אור בתדר בסיסי של 1064 ננומטר, ואנרגיית המוצא שלו עולה במהירות לאחר שאנרגיית השאיבה עולה על ערך הסף של OPO. הקשר בין אנרגיית המוצא של OPO לבין יעילותה עם אנרגיית המוצא של אור בתדר בסיסי מוצג באיור, ממנו ניתן לראות כי יעילות ההמרה של OPO יכולה להגיע עד 35%.
לבסוף, ניתן להשיג פלט פולס לייזר באורך גל של 1.57 מיקרומטר עם אנרגיה גדולה מ-80 מיליג'ול ורוחב פולס לייזר של 8.5 ננו-שניות. זווית הסטייה של קרן הלייזר המוצאת דרך מרחיב קרן הלייזר היא 0.3 מיליאראדן. סימולציות וניתוחים מראים שיכולת מדידת הטווח של מד טווח לייזר פולס המשתמש בלייזר זה יכולה לעלות על 30 ק"מ.
| אֹרֶך גַל | 1570±5nm |
| תדירות החזרה | 20 הרץ |
| זווית פיזור קרן הלייזר (התפשטות קרן) | 0.3-0.6 מראד |
| רוחב הפולס | 8.5 ננו-שניות |
| אנרגיית דופק | 80mJ |
| שעות עבודה רצופות | 5 דקות |
| מִשׁקָל | ≤1.2 ק"ג |
| טמפרטורת עבודה | -40℃~65℃ |
| טמפרטורת אחסון | -50℃~65℃ |
בנוסף לשיפור השקעותיה במחקר ופיתוח טכנולוגי, חיזוק בניית צוותי מחקר ופיתוח ושכלול מערכת החדשנות הטכנולוגית במחקר ופיתוח, Lumispot Tech משתפת פעולה באופן פעיל גם עם מוסדות מחקר חיצוניים בתחומי התעשייה-אוניברסיטה-מחקר, ויצרה יחסי שיתוף פעולה טובים עם מומחים מקומיים ידועים בתעשייה. טכנולוגיית הליבה והרכיבים המרכזיים פותחו באופן עצמאי, כל הרכיבים המרכזיים פותחו ויוצרו באופן עצמאי, וכל המכשירים מותאמים לשפות אחרות. Bright Source Laser ממשיכה להאיץ את קצב פיתוח הטכנולוגיה והחדשנות, ותמשיך להציג מודולי לייזר לטווח ראייה בטוחים לעין האדם בעלות נמוכה ואמינה יותר כדי לספק את ביקוש השוק.
זמן פרסום: 21 ביוני 2023